鎳-鐵沉積薄膜微觀結(jié)構(gòu)及其特性的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展和新材料的應(yīng)用,薄膜材料越來越成為人們研究關(guān)注的焦點(diǎn)。覆鎳鋼帶是一種在鋼帶上電鍍鎳鍍層以期得到特殊性能的帶材,其有很好的抗腐蝕性能、良好的韌性以及優(yōu)異的塑性。覆鎳鋼帶經(jīng)沖壓后可應(yīng)用于高性能鋅-錳堿性電池外殼。在現(xiàn)有的研究中,多數(shù)科研工作者集中地研究了此類帶材的沖壓性能以及抗腐蝕性能。在研究其拉伸和沖壓等力學(xué)性能的過程中發(fā)現(xiàn),拉伸后的鎳鍍層表面粗糙度增大,并出現(xiàn)起皺,其硬度及楊氏模量都有一定的減小,其原有織構(gòu)的強(qiáng)度也有了變化

2、。這些,都需要從原子分子尺度對(duì)其成膜的最初形態(tài)進(jìn)行考察,進(jìn)一步了解在不同的制備工藝下,覆鎳鍍層在成膜形態(tài)及內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)上形成的差異。
　　本論文應(yīng)用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)方法,從分子原子的尺度上進(jìn)行了沉積溫度、原子入射能量及入射角度等沉積條件對(duì)Ni/Fe體系物理氣相沉積生長(zhǎng)成膜影響的研究。在沉積溫度對(duì)成膜影響的研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn),沉積層在低的沉積溫度下,首先形成連續(xù)膜,隨沉積溫度的增大,鎳原子沉積層形成連續(xù)模的進(jìn)程變慢;在低的的沉積溫度下,鎳

3、沉積層在生長(zhǎng)過程中形成的表面粗糙度較大,對(duì)應(yīng)生長(zhǎng)方式接近島狀生長(zhǎng)方式,隨沉積溫度的升高,轉(zhuǎn)為層狀生長(zhǎng)方式,沉積層表面較低溫下光滑;沉積鎳原子在沉積過程中難以克服基底的較高擴(kuò)散能壘進(jìn)入基底內(nèi)部,而基底鐵原子比較容易的擴(kuò)散進(jìn)入沉積層內(nèi),并且沉積溫度越高,擴(kuò)散越明顯;鎳/鐵沉積體系以非晶相為主,沉積溫度越高,沉積Ni原子層的非晶結(jié)構(gòu)成分比例越大,但在低的沉積溫度下,沉積層內(nèi)有一定比例的理想Ni單晶生成,在高的沉積溫度下,有B2結(jié)構(gòu)的NiFe合

4、金生成,并且隨沉積溫度的升高,所含比例增大;在沉積能量對(duì)沉積成膜影響的研究結(jié)果中發(fā)現(xiàn),低的沉積能量下,鎳沉積層首先形成連續(xù)膜,入射原子能量越高,形成連續(xù)膜的進(jìn)程就越緩慢,并且低的沉積能量下鎳沉積層有較大的表面粗糙度,沉積能量越高,沉積層內(nèi)空位缺陷濃度越低,也越容易生成致密的光滑膜,隨入射原子能量的加大,Ni原子進(jìn)入基底的深度也越深,但在一定的沉積能量下,Ni原子所能到達(dá)的深度存在一個(gè)閾值,在沉積Ni原子到達(dá)這個(gè)閾值位置后,就再難進(jìn)一步擴(kuò)